集合的快速失败(fail-fast)

本文介绍了Java集合的fail-fast机制,该机制在多线程环境下可能导致ConcurrentModificationException。当一个线程在迭代过程中修改集合时,其他线程尝试同时修改会触发此异常。由于fail-fast只能检测modCount变化,无法防止初始化时的问题。为避免此异常,建议使用CopyOnWriteArrayList,它通过创建副本实现读写分离,保证线程安全。

fail-fast(识别并发、报告异常):
基于Java集合(Collection)的一种错误检测机制,当一个线程对某个集合进行操作时,别的线程会因为该机制无法修改集合的结构。

(fail-fast)ConcurrentModificationException:集合修改失败(并发修改异常)。
当A线程对集合进行结构修改(add、remove、clear)时,会修改集合的modCount(mod数量)。如果此时B线程进入修改集合,在next和remove迭代时,将会判断modCount是否相等,如果不相等,则抛出该异常(ConcurrentModificationException)
因:fail-fast只能检测修改的modCount,并不能检测初始化的集合modCount->B线程初始化将A的modCount给予B的集合modCount
注:fail-fast仅作为快速检测机制,不能作为异常依赖。

结构修改:修改集合元素个数

问题:不适用同步锁synchronizedList,因为在同步锁中迭代依然会产生ConcurrentModificationException

解决:new ArrayList,()->CopyOnWriteArrayList()
CopyOnWriteArrayList:将ArrayList拷贝一个副本进行读写分离操作,不对原有集合进行调整。

快速失败fail-fast)和安全失败fail-safe)是在集合迭代过程中处理并发修改的两种不同机制,它们的区别如下: ### 对修改的响应 - 快速失败:当在迭代一个集合时,如果有另一个线程正在修改正在访问的集合,会立即抛出 `ConcurrentModificationException` 异常,终止遍历。在 `java.util` 包下的集合通常是快速失败的,例如 `ArrayList`、`HashMap` 等[^3]。 - 安全失败:在迭代时会对底层集合做一个拷贝,修改上层集合不会受影响,不会抛出 `ConcurrentModificationException` 异常,会忽略修改,继续遍历。在 `java.util.concurrent` 包下的集合全是安全失败的,如 `ConcurrentHashMap`、`CopyOnWriteArrayList` 等[^3]。 ### 数据一致性 - 快速失败:严格反映最新数据,但可能因为并发修改抛出异常,导致遍历无法正常完成。适用于需要保证数据一致性,且希望快速检测到非法修改的场景[^2]。 - 安全失败:可能基于集合的副本或快照进行遍历,不反映最新修改。牺牲了数据的实时一致性,以换取在并发环境下的稳定性[^2]。 ### 适用场景 - 快速失败:适合单线程环境,用于快速检测代码逻辑错误,如在开发阶段调试集合的非法修改[^2]。 - 安全失败:适合多线程高并发场景,如实时数据处理、消息队列等,允许在集合被修改的同时继续进行遍历操作[^2]。 ### 性能开销 - 快速失败:性能开销低,通常仅通过计数器检查集合是否被修改[^2]。 - 安全失败:性能开销高,需要维护集合的副本或快照,例如 `CopyOnWriteArrayList` 的写时复制机制[^2]。 ### 示例代码 ```java import java.util.ArrayList; import java.util.Iterator; import java.util.List; import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList; public class FailFastFailSafeExample { public static void main(String[] args) { // 快速失败示例 List<String> failFastList = new ArrayList<>(); failFastList.add("A"); failFastList.add("B"); failFastList.add("C"); Iterator<String> failFastIterator = failFastList.iterator(); try { while (failFastIterator.hasNext()) { String element = failFastIterator.next(); if ("B".equals(element)) { // 在迭代过程中修改集合,会触发快速失败 failFastList.add("D"); } } } catch (Exception e) { System.out.println("快速失败:捕获到异常 " + e.getClass().getName()); } // 安全失败示例 List<String> failSafeList = new CopyOnWriteArrayList<>(); failSafeList.add("A"); failSafeList.add("B"); failSafeList.add("C"); Iterator<String> failSafeIterator = failSafeList.iterator(); while (failSafeIterator.hasNext()) { String element = failSafeIterator.next(); if ("B".equals(element)) { // 在迭代过程中修改集合,不会抛出异常 failSafeList.add("D"); } System.out.println("安全失败:遍历元素 " + element); } } } ```
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